CN109087569B - 一种使用模拟试验装置确定边坡加固方案的方法 - Google Patents

一种使用模拟试验装置确定边坡加固方案的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109087569B
CN109087569B CN201811024745.6A CN201811024745A CN109087569B CN 109087569 B CN109087569 B CN 109087569B CN 201811024745 A CN201811024745 A CN 201811024745A CN 109087569 B CN109087569 B CN 109087569B
Authority
CN
China
Prior art keywords
slope
fiber
water
soil
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811024745.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109087569A (zh
Inventor
包小华
廖志广
苏栋
崔宏志
陈湘生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN201811024745.6A priority Critical patent/CN109087569B/zh
Publication of CN109087569A publication Critical patent/CN109087569A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109087569B publication Critical patent/CN109087569B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/40Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for geology
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24Earth materials

Abstract

本发明提供了一种研究加固滑坡体效果的模拟试验装置,涉及地质灾害模型试验技术领域,为侧向临时供水室,外部供水箱及模型箱,不仅可以给模拟边坡提供稳定的侧向渗流水位高度,还可以通过流量计,记录渗流到模拟边坡中的水量,通过记录破坏前渗流到模拟边坡中的水量大小,破坏时间及破坏模式便于判断模拟边坡加固效果。并且,本发明提供的模拟试验装置简单,密封性好,操作容易。

Description

一种使用模拟试验装置确定边坡加固方案的方法
技术领域
本发明涉及地质灾害模型试验技术领域,具体涉及一种研究加固边坡效果的模拟试验装置和确定边坡加固方法的方法。
背景技术
由高水位侧向渗流引起的土质路堤边坡失稳是当前的一个重要问题,常见于沿河路堤河道水位上升引发边坡滑塌、山体边坡后缘的裂隙充水或者是后缘的高水位作用下,侧向坡内渗流等。研究表明,这些失稳破坏大都集中在边坡浅层,其主要原因是边坡土体在渗流作用下受到的剪应力大于土体的抗剪强度,从而导致边坡结构破坏形成浅层滑动面。
已经有的边坡模型试验装置大多为离心机模型试验装置,受离心机空间限制,不能展现三维情况。破坏模式大多为自重应力触发失稳破坏,或者降雨诱发失稳破坏,自重应力破坏模式下的边坡模型试验装置大多为底面有一定坡度或者与研究滑坡模型坡度相同的倾斜面的狭长型模型槽,在土体自身重力作用下失稳破坏。另外一种研究如坡顶堆载,通过砝码或其它重物放在模型边坡顶面,改变坡顶堆载量大小,考察边坡失稳滑移情况。而降雨诱发的边坡失稳对降雨装置要求较高。
现有技术中,关于渗流破坏模型大多为边坡模型槽和上部降雨装置组成,如中国专利201320205077.3公开了一种江河大堤流土破坏的模型试验装置,采用了上下游调节水位系统,对图样施加随时间变化的水头差,但对于侧向渗流的研究,过于复杂,且很难保证水位恒定,同时还存在密封性不好的问题,对渗流场有较大影响;中国专利201320076745.7公开了一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验,虽然可以模拟不同的水力梯度,但是其水位系统设计复杂,操作难度大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研究加固边坡效果的模拟试验装置和确定边坡加固方案的方法。本发明提供的模拟试验装置为侧向临时供水室,外部供水箱及模型箱,不仅可以给模拟边坡提供稳定的侧向渗流水位高度,还可以通过流量计,记录渗流到模拟边坡中的水量,通过记录破坏前渗流到模拟边坡中的水量大小,破坏时间及破坏模式便于判断模拟边坡加固效果。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种研究加固边坡效果的模拟试验装置,包括模型箱1、临时供水室2、外部供水箱3、收集水箱4、第一流量计5-1、第二流量计(5-2)、数据采集仪6、第一水管7-1、第二水管7-2、第一阀门8-1、第二阀门8-2、第三阀门8-3、多孔板9、孔压传感器10、数码相机11和摄像机12,
所述模型箱1的一个侧边通过所述多孔板9与所述临时供水室2连接,所述临时供水室2的一个边界为所述多孔板9;
使用时,边坡模型16放置在所述模型箱1中,所述孔压传感器10布置在所述边坡模型坡内部,所述数据采集仪6与所述孔压传感器10连接;
所述临时供水室2的左侧边垂直设置有第一阀门8-1、第二阀门8-2和第三阀门8-3;
所述外部供水箱3通过第一流量计5-1和第一水管7-1与所述临时供水室2连接;
所述收集水箱4通过第二流量计5-2和第二水管7-2与所述临时供水室 2连接;
所述数码相机11放置在所述边坡模型坡正面;
所述摄像机12放置在所述边坡模型坡侧面。
优选地,所述孔压传感器10的数量大于3个。
优选地,所述模型箱1的材质为12mm厚的有机玻璃。
优选地,所述外部供水箱3和收集水箱4独立地为方形金属结构。
本发明还提供了一种使用上述技术方案所述的模拟试验装置确定边坡加固方案的方法,包括以下步骤:
实际边坡取土,按照实际边坡的参数,在所述模型箱1中填筑边坡模型,所述边坡模型的内部设置有所述孔压传感器10;
将纤维、素土和水混合,得到加固土,将所述加固土制成三轴试样后进行三轴排水剪切实验,分别测定无纤维加固素土三轴试样、不同纤维长度和纤维含量加固土三轴试样的粘聚力和内摩擦角,根据粘聚力或内摩擦角的提高程度的最大值确定要使用的纤维的长度和含量;
将孔压传感器10与数据采集仪6连接,将数码相机11、摄像机12分别放在所述边坡模型的正面及侧面;
用无纤维加固素土分层填筑坡体,将外部供水箱3中的水注入临时供水室2中,进行无纤维加固素土边坡侧向渗流试验,根据数码相机11及摄像机12的记录结果得到滑动面与破坏区,根据第一流量计5-1和第二流量计 5-2分别监测的Qin和Qout,得到坡内渗流量Qin-Qout
根据破坏区的面积和位置,确定纤维加固区,所述纤维加固区的面积为破坏区的1.5倍;
根据粘聚力的提高程度的最大值确定的纤维的长度和含量,得到第一改良土,用所述第一改良土加固所述纤维加固区后,进行边坡侧向渗流试验,根据数码相机11及摄像机12的记录结果得到第一破坏区和第一破坏时间,根据第一流量计5-1和第二流量计5-2分别监测的Q1in和Q1out,得到坡内渗流量Q1in-Q1out,验证纤维加固边坡的效果;
根据内摩擦角的提高程度的最大值确定的纤维的长度和含量,得到第二改良土,用所述第二改良土加固所述纤维加固区后,进行边坡侧向渗流试验,根据数码相机11及摄像机12的记录结果得到第二破坏区和第二破坏时间,根据第一流量计5-1和第二流量计5-2分别监测的Q2in和Q2out,得到坡内渗流量Q2in-Q2out,比较所述坡内渗流量Q1in-Q1out与坡内渗流量Q2in-Q2out、所述第一破坏区与第二破坏区、所述第一破坏时间和第二破坏时间,确定最佳效果的纤维加固边坡方法。
优选地,所述纤维包括玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维或碳纤维。
优选地,所述纤维的长度为3~12mm。
优选地,所述加固土中纤维的质量含量为0.3~1%。
优选地,所述加固土的质量含水率为5%~15%。
优选地,所述边坡模型的密度为1.2~2.5g/cm3
本发明提供了一种研究加固滑坡体效果的模拟试验装置,为侧向临时供水室,外部供水箱及模型箱,不仅可以给模拟边坡提供稳定的侧向渗流水位高度,还可以通过流量计,记录渗流到模拟边坡中的水量,通过记录破坏前渗流到模拟边坡中的水量大小,破坏时间及破坏模式便于判断模拟边坡加固效果。并且,本发明提供的模拟试验装置简单,密封性好,操作容易。
并且,本发明还提供了一种使用上述技术方案所述的模拟试验装置确定边坡加固方案的方法,介于传统的注浆加固、锚杆加固等对环境有不良影响,使用纤维加固边坡,纤维具有较高的抗拉强度,易分散,耐酸碱性、无污染,由于纤维填充边坡土体的孔隙以及纤维和土体相互交错的连接,形成纤维- 土颗粒框架结构共同作用体,一方面提高了边坡土体间的摩擦力和粘聚力,另一方面,在外力作用下,使得边坡土体整体形成三维受力区,纤维对边坡土体抗剪强度的提高效果通过三轴排水剪切实验数据分析内摩擦角和粘聚力的提升大小情况量化确定,根据三轴实验结果选取合适的纤维长度和含量,保证了对滑坡体加固的效果,通过侧向渗流实验边坡滑动面位置和滑塌区设计加固区范围,避免全坡体加固,可节省成本造价,缩短工期,通过渗流实验比较不同加固方案,验证了滑坡体加固效果,得出了最佳效果的纤维加固方案。相比于其他的边坡支护方式,纤维加固边坡施工工艺简单、对环境影响小、投入成本低。本发明容易加工制作,可以避免边界效应,能达到良好的试验效果,采用本发明可以为渗流作用下的边坡滑塌防治提供理论参考和工程指导。实施例表明,采用本发明提供的加固方法具有良好的边坡加固效果。
附图说明
图1为本发明提供的研究加固边坡效果的模拟试验装置示意图,图中, 1为模型箱,2为临时供水室,3为外部供水箱,4为收集水箱,5-1为第一流量计,5-2为第二流量计,6为数据采集仪,7-1为第一水管,7-2为第二水管,8-1为第一阀门,8-2为第二阀门,8-3为第三阀门,9为多孔板,10 为孔压传感器,11为数码相机,12为摄像机,16为边坡模型;
图2为本发明提供的研究加固边坡效果的模拟试验装置示意图中孔压传感器的布置俯视图;
图3为本发明加固土的实物照片;
图4为本发明加固土加固边坡模型设计方案,图中,13-滑动面,14破坏区,15-加固区;
图5为本发明加固土加固边坡模型侧向渗流破坏防治效果验证模型;
图6为实施例1为未加纤维的素土边坡经过侧向渗流后的侧面破坏形态图;
图7为实施例1为未加纤维的素土边坡经过侧向渗流后的正面破坏形态图;
图8为实施例1为加固土边坡经过侧向渗流后的侧面破坏形态图;
图9为实施例1为加固土土边坡经过侧向渗流后的正面破坏形态图。
具体实施方式
本发明提供了一种研究加固边坡效果的模拟试验装置,如图1所示,包括模型箱1、临时供水室2、外部供水箱3、收集水箱4、第一流量计5-1、第二流量计5-2、数据采集仪6、第一水管7-1、第二水管7-2、第一阀门8-1、第二阀门8-2、第三阀门8-3、多孔板9、孔压传感器10、数码相机11和摄像机12,
所述模型箱1的一个侧边通过所述多孔板9与所述临时供水室2连接,所述临时供水室2的一个边界为所述多孔板9;
使用时,边坡模型1放置在所述模型箱1中,所述孔压传感器10布置在所述边坡模型内部,所述数据采集6与所述孔压传感器10连接;
所述临时供水室(2)的左侧边垂直设置有第一阀门8-1、第二阀门8-2 和第三阀门8-3;
所述外部供水箱3通过第一流量计5-1和第一水管7-1与所述临时供水室2连接;
所述收集水箱4通过第二流量计5-2和第二水管7-2与所述临时供水室 2连接;
所述数码相机11放置在所述边坡模型坡正面;
所述摄像机12放置在所述边坡模型坡侧面。
在本发明中,所述孔压传感器10的数量优选大于3个,更优选为7个。在本发明中,所述孔压传感器10优选放置于所述边坡模型的坡面下方。
在本发明中,所述模型箱1的材质优选为12mm厚的有机玻璃。
在本发明中,所述外部供水箱3和收集水箱4独立地优选为方形金属结构。本发明对所述金属的种类没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的种类即可。
在本发明中,所述多孔板9的孔径大小优选为0.5mm~3mm。本发明对所述多孔板9的材质没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的材质即可。本发明中,水透过所述多孔板9用于实现侧向渗流。
本发明中,开启所述第一阀门8-1、第二阀门8-2和第三阀门8-3,将多余的水排出,可控制水位高度恒定,用来模拟边坡侧向渗流所需的不同的水力条件。
本发明中,所述数码相机11和摄像机12用于记录实验过程中边坡模型的形态与破坏发展情况。
本发明还提供了一种使用上述技术方案所述的模拟试验装置确定边坡加固方案的方法,包括以下步骤:
实际边坡取土,按照实际边坡参数,在所述模型箱1中填筑边坡模型,所述边坡模型的内部设置有所述孔压传感器10;
将纤维、素土和水混合,得到加固土,将所述加固土制成三轴试样后进行三轴排水剪切实验,分别测定无纤维加固素土三轴试样、不同纤维长度和纤维含量加固土三轴试样的粘聚力和内摩擦角,根据粘聚力或内摩擦角的提高程度的最大值确定要使用的纤维的长度和含量;
将孔压传感器10与数据采集仪6连接,将数码相机11、摄像机12分别放在所述边坡模型的正面及侧面;
用无纤维加固素土分层填筑坡体,将外部供水箱3中的水注入临时供水室2中,调整到指定水位后进行无纤维加固素土边坡侧向渗流试验,试验结束,根据数码相机11及摄像机12的记录结果得到滑动面与破坏区,根据第一流量计5-1和第二流量计5-2分别监测的Qin和Qout,得到坡内渗流量 Qin-Qout
根据破坏区的面积和位置,确定纤维加固区,所述纤维加固区的面积为破坏区的1.5倍;
根据粘聚力的提高程度的最大值确定的纤维的长度和含量,得到第一改良土,用所述第一改良土加固所述纤维加固区后,进行边坡侧向渗流试验,试验结束,根据数码相机11及摄像机12的记录结果得到第一破坏区和第一破坏时间,根据第一流量计5-1和第二流量计5-2分别监测的Q1in和Q1out,得到坡内渗流量Q1in-Q1out,验证纤维加固边坡的效果;
根据内摩擦角的提高程度的最大值确定的纤维的长度和含量,得到第二改良土,用所述第二改良土加固所述纤维加固区后,进行边坡侧向渗流试验,试验结束,根据数码相机11及摄像机12的记录结果得到第二破坏区和第二破坏时间,根据第一流量计5-1和第二流量计5-2分别监测的Q2in和Q2out,得到坡内渗流量Q2in-Q2out,比较所述坡内渗流量Q1in-Q1out与坡内渗流量 Q2in-Q2out、所述第一破坏区与第二破坏区、所述第一破坏时间和第二破坏时间,确定最佳效果的纤维加固边坡方法。
本发明实际边坡取土,按照实际边坡参数,在所述模型箱1中填筑边坡模型,所述边坡模型的内部设置有所述孔压传感器10。在本发明中,所述边坡模型的密度优选为1.2~2.5g/cm3,更优选为1.582g/cm3
本发明优选检测所述孔压传感器10是否能正常工作,并做好保护。
在本发明中,所述填筑优选包括削坡、坡顶和坡面的修整。本发明对所述削坡、坡顶和坡面的修整的具体方式没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的方式即可。
填筑完成后,本发明优选还包括养护处理。在本发明中,所述养护处理的温度优选为盖上塑料薄膜静置一天,以减少由于蒸发导致的边坡模型含水量损失。
本发明优选将纤维、素土和水混合,得到加固土,将所述加固土制成三轴试样后进行三轴排水剪切实验,分别测定无纤维加固素土三轴试样、不同纤维长度和纤维含量加固土三轴试样的粘聚力和内摩擦角,根据粘聚力或内摩擦角的提高程度的最大值确定要使用的纤维的长度和含量。在本发明中,所述纤维优选包括玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维或碳纤维。本发明对所述纤维的来源没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中,所述纤维的长度优选为3~12mm,优选为6mm。
在本发明中,所述加固土中纤维的质量含量优选为0.3~1%,更优选为0.5%。
在本发明中,所述加固土的质量含水率优选为5%~15%,更优选为 8~10%。
本发明对制成三轴试样的具体方式没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的制备方法即可。
在本发明中,所述三轴排水剪切实验的条件优选包括:加水饱和,所述围压为50、100或200kPa。
本发明将孔压传感器10与数据采集仪6连接,将数码相机11、摄像机 12分别放在所述边坡模型的正面及侧面。
本发明用无纤维加固素土分层填筑坡体,将外部供水箱3中的水注入临时供水室2中,调整到指定水位后进行无纤维加固素土边坡侧向渗流试验,根据数码相机11及摄像机12的记录结果得到滑动面与破坏区,根据第一流量计5-1和第二流量计5-2分别监测的Qin和Qout,得到坡内渗流量Qin-Qout
根据破坏区的面积和位置,确定纤维加固区,所述纤维加固区的面积为破坏区的1.5倍。
本发明根据粘聚力的提高程度的最大值确定的纤维的长度和含量,得到第一改良土,用所述第一改良土加固所述纤维加固区后,进行边坡侧向渗流试验,根据数码相机11及摄像机12的记录结果得到第一破坏区和第一破坏时间,根据第一流量计5-1和第二流量计5-2分别监测的Q1in和Q1out,得到坡内渗流量Q1in-Q1out,验证纤维加固边坡的效果;
根据内摩擦角的提高程度的最大值确定的纤维的长度和含量,得到第二改良土,用所述第二改良土加固所述纤维加固区后,进行边坡侧向渗流试验,根据数码相机11及摄像机12的记录结果得到第二破坏区和第二破坏时间,根据第一流量计5-1和第二流量计5-2分别监测的Q2in和Q2out,得到坡内渗流量Q2in-Q2out,比较所述坡内渗流量Q1in-Q1out与坡内渗流量Q2in-Q2out、所述第一破坏区与第二破坏区、所述第一破坏时间和第二破坏时间,确定最佳效果的纤维加固边坡方法。
图4为本发明加固土加固边坡模型设计方案,图中13为滑动面,14为破坏区,15为加固区。
图5为本发明加固土加固边坡模型侧向渗流破坏防治效果验证模型。
在本发明中,所述确定最佳效果的纤维加固边坡方法优选包括根据加固后的边坡的破坏模式及形态确定,参考标准是边坡破坏的程度,同样的试验条件下,相同的渗流时间,破坏区范围越小,表明加固效果越好,破坏范围可以根据照片拍摄的图片和尺度测量估算得出;或者同等大小破坏区范围,破坏所需要的坡内渗流量越大,表明效果越好。
确定最佳效果的纤维加固边坡方法后,本发明优选利用所述最佳效果的纤维对实际边坡进行加固。
在本发明中,对所述实际边坡进行加固优选包括以下步骤:
测量计算经过修整清理的实际边坡尺寸,并根据该尺寸及边坡体密度得到加固土的质量;
将素土、纤维和水,按照所述最佳效果的纤维进行配备,并在搅拌机中搅拌均匀,获得加固土备用;
准备施工所用的机具及配套设施,包括小功率空压机、碾压机、夯锤、水准尺;
利用空压机将配好备用的加固土喷射至修复区,空压机喷射压力小于普通混凝土的喷射压力,喷射控制速度为20m/s,以达到均匀的效果,整个修复区的喷射分层来施工,每一层厚度控制为10cm。
每一层喷射完,均用碾压机碾压密实,局部碾压不到的部位,进行人工夯实,确保边角的完整及质量,杜绝薄弱地方的出现,并且,碾压好的面层做凿毛处理,方可进行下一层的喷射;
全部喷射碾压完成后,进行坡面的处理;
经过24~72小时后,待所述加固土的性质稳定后,就可以将加固后的边坡投入使用。
下面将结合本发明中的实施例,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
已经失稳边坡
(1)制作模型试验装置,见图1。
所述模型箱1为底板及四个侧面均由12mm厚有机玻璃粘接制成,粘结强度高、水密性好,内部空间尺寸为2.0m(长)×0.9m(宽)×0.9m(高),用于填筑边坡模型16。模型箱的左侧通过多孔板9与临时供水室2连接,水力作用下,水透过多孔板9可实现侧向渗流,在临时供水室2居中竖直方向距离模型箱1底板不同高度处设置有阀门8-1、8-2和8-3,可以将临时供水室2中阀门上方多余的水排出,控制水位高度恒定,实现模拟边坡侧向渗流所需的不同的水力条件。
所述外部供水箱3为方形金属结构,其底部装有阀门,通过阀门接头连接第一流量计5-1及第一水管7-1,不断的往临时供水室2中注水,通过第一流量计5-1可以计算累计进水流量Qin
所述收集水箱4为方形金属结构,通过阀门接头在临时供水室2的左边界上的第二流量计5-2及第二水管7-2,将从临时供水室2里排出的水回收在收集水箱4中。通过第二流量计5-2可以计算累计出水流量Qout
(2)失稳边坡现场取土,准备纤维。
(3)按照不同的纤维长度(例如3mm,6mm,12mm)和含量(例如 0.5%,1.0%),制作一定密度(1.582g/cm3)的三轴试样若干,加水饱和后进行不同围压下的(例如50kPa、100kPa、200kPa)三轴排水剪切实验,分别测出无纤维加固素土试样、不同纤维长度和含量加固试样的粘聚力和内摩擦角,数据见表1(本实施方案中,以聚丙烯纤维为例)。分别对内摩擦角和粘聚力的影响效果进行分析,基于最优提高程度确定添加的最佳纤维含量及纤维长度。由表1中数据可知,粘聚力的最优提高程度在三轴试验加固实验 3,内摩擦角的最优提高程度在三轴试验加固实验7。
表1不同纤维含量和长度加固土体试样三轴实验结果
(4)在模型箱1中填筑人工填土边坡16,分层填筑坡体(未加纤维),夯实至设计的密度(1.582g/cm3)。
(5)当土层填筑至布设孔压传感器10的位置时,传感器10在指定位置预埋,检测是否能正常工作,并做好保护。
(6)按试验边坡的形状削坡,并进行坡顶、坡面的修整。盖上塑料薄膜静置一天,以减少由于蒸发导致的土体含水量损失。
(7)将孔压传感器10与数据采集仪6连接,并调试好,将数码相机11、摄像机12放在模型装置侧面及正面合适的位置并对焦,用于对试验过程进行全程记录。
(8)将外部供水箱3中的水快速注入临时供水室2中,调整到指定的水位进行无纤维加固素土边坡侧向渗流试验。试验结束,根据数码相机11 及摄像机12的记录结果得到滑动面13与破坏区14。通过试验全程流量计 5-1和5-2监测的Qin和Qout,得到坡内渗流量(Qin-Qout),图6为未加纤维的素土边坡经过侧向渗流后的侧面破坏形态图,图7为未加纤维的素土边坡经过侧向渗流后的正面破坏形态图。
(9)根据无纤维加固素土边坡破坏区14的面积和位置,设计合理的纤维加固区15的范围(为破坏区的1.5倍),如图4所示。
(10)选用对边坡土体内摩擦角最优提高程度(表1中三轴试验7)的纤维含量和纤维长度与素土混和成加固土,进行边坡加固,加固区15的范围(为破坏区的1.5倍),进行边坡侧向渗流试验,按照无纤维加固素土边坡同样形状及尺寸填筑纤维加固模型边坡,夯实到同样的密度,并进行与素土边坡同等条件下的侧向渗流试验。图3为本发明加固土的实物照片。
(11)接通各监测仪器,将外部供水箱3中的水快速注入临时供水室2 中,调整到指定的水位进行边坡侧向渗流试验,如图5所示。试验结束,比较坡内渗流量及破坏模式,验证纤维加固滑坡体的效果,图8为加固土边坡经过侧向渗流后的侧面破坏形态图,图9为加固土边坡经过侧向渗流后的正面破坏形态图。
(12)选用对边坡土体粘聚力最优提高程度(表1三轴试验3)的纤维含量和纤维长度与素土混和成加固土,进行边坡加固,加固区15的范围(为破坏区的1.5倍)。
(13)重复步骤11,试验结束,比较破坏模式、破坏时间及渗流量,确定最佳效果的纤维加固滑坡体设计方案。
(14)施工开始前,清理边坡已发生失稳的地方,并修整破坏面以下一定范围(大约0.5倍破坏深度),形成待修复区。
(15)测量计算经过修整清理的边坡实际尺寸,并根据该尺寸及边坡体密度得到纤维加固土的质量。
(16)将素土、纤维和水,按照上述步骤1~13模型试验方法中所得出的最佳效果加固方案进行配备,并在搅拌机中搅拌均匀,获得纤维加固土备用现场施工。
(17)准备施工所用的机具及配套设施。包括小功率空压机、碾压机、夯锤、水准尺等。
(18)利用空压机将配好备用的纤维土喷射至修复区,空压机喷射压力小于普通混凝土的喷射压力。喷射控制速度为20m/s,以达到均匀的效果。整个修复区的喷射分层来施工,每一层厚度控制为10cm。
(19)每一层喷射完,均用碾压机碾压密实,局部碾压不到的部位,进行人工夯实,确保边角的完整及质量,杜绝薄弱地方的出现。并且,碾压好的面层做凿毛处理,方可进行下一层的喷射。
(20)全部喷射碾压完成后,进行坡面的处理。
(21)经过一段时间(大约24-72小时,小于混凝土护坡养护时间),待纤维加固土的性质稳定后,就可以将加固后的边坡投入使用。
实施例2
新开挖边坡
重复上述步骤1~13,其中步骤2,新开挖边坡现场取土,准备纤维。
(14)施工开始前,先根据所开挖的边坡形状及土体参数,数值计算得出潜在的滑动区范围。
(15)根据步骤14计算出的滑动区深度,按照1.5倍深度,结合坡脚倾斜度和坡面大小,边坡土体密度,计算得到所需纤维加固土的质量。
(16)将素土、纤维和水按照前述模型试验方法中所得出的优化比例进行配备,并在搅拌机中搅拌均匀,获得纤维加固土备用现场施工。
(17)准备施工所用的机具及配套设施。包括小功率空压机、碾压机、夯锤、水准尺等。
(18)利用空压机将配好备用的纤维土喷射至修复区,空压机喷射压力小于普通混凝土的喷射压力。喷射控制速度为20m/s,以达到均匀的效果。整个加固区的喷射分层来施工,每一层厚度控制为10cm。
(19)每一层喷射完,均用碾压机碾压密实,局部碾压不到的部位,进行人工夯实,确保边角的完整及质量,杜绝薄弱地方的出现。并且,碾压好的面层做凿毛处理,方可进行下一层的喷射。
(20)全部喷射碾压完成后,进行坡面的处理。
(21)经过一段时间(大约24-72小时,小于混凝土护坡养护时间),待纤维加固土的性质稳定后,就可以将加固后的边坡投入使用。
实施效果:相比其它边坡防护形式,例如锚杆,喷混凝土等,本实施方案可适用各种坡度形状的边坡,施工简单,对机械要求低,操作容易,施工工期短,养护时间短,可快速投入使用,造价成本低,并且加固效果已经通过模型试验验证。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种使用模拟试验装置确定边坡加固方案的方法,其特征在于,包括以下步骤:
所述模拟试验装置包括:模型箱(1)、临时供水室(2)、外部供水箱(3)、收集水箱(4)、第一流量计(5-1)、第二流量计(5-2)、数据采集仪(6)、第一水管(7-1)、第二水管(7-2)、第一阀门(8-1)、第二阀门(8-2)、第三阀门(8-3)、多孔板(9)、孔压传感器(10)、数码相机(11)和摄像机(12),
所述模型箱(1)的一个侧边通过所述多孔板(9)与所述临时供水室(2)连接,所述临时供水室(2)的一个边界为所述多孔板(9);
使用时,边坡模型(16)放置在所述模型箱(1)中,所述孔压传感器(10)布置在所述边坡模型坡内部,所述数据采集仪(6)与所述孔压传感器(10)连接;
所述临时供水室(2)的左侧边垂直设置有第一阀门(8-1)、第二阀门(8-2)和第三阀门(8-3);
所述外部供水箱(3)通过第一流量计(5-1)和第一水管(7-1)与所述临时供水室(2)连接;
所述收集水箱(4)通过第二流量计(5-2)和第二水管(7-2)与所述临时供水室(2)连接;
所述数码相机(11)放置在所述边坡模型坡正面;
所述摄像机(12)放置在所述边坡模型坡侧面;
实际边坡取土后,按照实际边坡的参数,在所述模型箱(1)中填筑边坡模型,所述边坡模型的内部设置有所述孔压传感器(10);
将纤维、素土和水混合,得到加固土,将所述加固土制成三轴试样后进行三轴排水剪切实验,分别测定无纤维加固素土三轴试样、不同纤维长度和纤维含量加固土三轴试样的粘聚力和内摩擦角,根据粘聚力或内摩擦角的提高程度的最大值确定要使用的纤维的长度和含量;
将孔压传感器(10)与数据采集仪(6)连接,将数码相机(11)、摄像机(12)分别放在所述边坡模型的正面及侧面;
用无纤维加固素土分层填筑坡体,将外部供水箱(3)中的水注入临时供水室(2)中,进行无纤维加固素土边坡侧向渗流试验,根据数码相机(11)及摄像机(12)的记录结果得到滑动面与破坏区,根据第一流量计(5-1)和第二流量计(5-2)分别监测的Qin和Qout,得到坡内渗流量Qin-Qout
根据破坏区的面积和位置,确定纤维加固区,所述纤维加固区的面积为破坏区的1.5倍;
根据粘聚力提高程度的最大值确定的纤维的长度和含量,得到第一改良土,用所述第一改良土加固所述纤维加固区后,进行边坡侧向渗流试验,根据数码相机(11)及摄像机(12)的记录结果得到第一破坏区和第一破坏时间,根据第一流量计(5-1)和第二流量计(5-2)分别监测的Q1in和Q1out,得到坡内渗流量Q1in-Q1out,验证纤维加固边坡的效果;
根据内摩擦角提高程度的最大值确定的纤维的长度和含量,得到第二改良土,用所述第二改良土加固所述纤维加固区后,进行边坡侧向渗流试验,根据数码相机(11)及摄像机(12)的记录结果得到第二破坏区和第二破坏时间,根据第一流量计(5-1)和第二流量计(5-2)分别监测的Q2in和Q2out,得到坡内渗流量Q2in-Q2out,比较所述坡内渗流量Qlin-Qlout与坡内渗流量Q2in-Q2out、所述第一破坏区与第二破坏区、所述第一破坏时间和第二破坏时间,确定最佳效果的纤维加固边坡方法。
2.根据权利要求1所述的确定方法,其特征在于,所述纤维包括玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维或碳纤维。
3.根据权利要求1或2所述的确定方法,其特征在于,所述纤维的长度为3~12mm。
4.根据权利要求1或2所述的确定方法,其特征在于,所述加固土中纤维的质量含量为0.3~1%。
5.根据权利要求1所述的确定方法,其特征在于,所述加固土的质量含水率为5%~15%。
6.根据权利要求1所述的确定方法,其特征在于,所述边坡模型的密度为1.2~2.5g/cm3
CN201811024745.6A 2018-09-04 2018-09-04 一种使用模拟试验装置确定边坡加固方案的方法 Active CN109087569B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811024745.6A CN109087569B (zh) 2018-09-04 2018-09-04 一种使用模拟试验装置确定边坡加固方案的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811024745.6A CN109087569B (zh) 2018-09-04 2018-09-04 一种使用模拟试验装置确定边坡加固方案的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109087569A CN109087569A (zh) 2018-12-25
CN109087569B true CN109087569B (zh) 2019-06-04

Family

ID=64840830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811024745.6A Active CN109087569B (zh) 2018-09-04 2018-09-04 一种使用模拟试验装置确定边坡加固方案的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109087569B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110824143A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 中山大学 一种生物加固检验组合试验装置及其试验方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203096683U (zh) * 2013-02-18 2013-07-31 河海大学 一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置
CN104880396A (zh) * 2015-05-26 2015-09-02 上海大学 外荷作用下土体二向渗流模型装置及测试方法
CN105865910A (zh) * 2016-06-15 2016-08-17 湖南大学 一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统
CN106644892A (zh) * 2017-02-28 2017-05-10 武汉科技大学 一种可加载的渗透试验装置
CN107228791A (zh) * 2017-05-23 2017-10-03 同济大学 一种抗滑桩加固边坡可视化模型试验装置和试验方法
CN107907656A (zh) * 2017-11-15 2018-04-13 南京科兴新材料科技有限公司 一种渗流应力降雨耦合边坡失稳土体位移可视化的试验装置和试验方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203096683U (zh) * 2013-02-18 2013-07-31 河海大学 一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置
CN104880396A (zh) * 2015-05-26 2015-09-02 上海大学 外荷作用下土体二向渗流模型装置及测试方法
CN105865910A (zh) * 2016-06-15 2016-08-17 湖南大学 一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统
CN106644892A (zh) * 2017-02-28 2017-05-10 武汉科技大学 一种可加载的渗透试验装置
CN107228791A (zh) * 2017-05-23 2017-10-03 同济大学 一种抗滑桩加固边坡可视化模型试验装置和试验方法
CN107907656A (zh) * 2017-11-15 2018-04-13 南京科兴新材料科技有限公司 一种渗流应力降雨耦合边坡失稳土体位移可视化的试验装置和试验方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110824143A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 中山大学 一种生物加固检验组合试验装置及其试验方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109087569A (zh) 2018-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105137048B (zh) 一种地层注浆模拟系统
CN205263089U (zh) 一种地层注浆模拟系统
Chen et al. Centrifugal model tests on face failure of earth pressure balance shield induced by steady state seepage in saturated sandy silt ground
CN206523371U (zh) 桩土接触面剪切试验装置
CN108061687A (zh) 一种研究有潜在破坏面的岩土工程模拟试验平台
CN109087569B (zh) 一种使用模拟试验装置确定边坡加固方案的方法
CN107489164A (zh) 一种在役钢筋混凝土挡土墙的加高加固结构及方法
CN105946090B (zh) 3d打印隧道或采空区上方桩基模型试验装置及打印方法
KR20140075767A (ko) 부지의 압축 및 굴착을 이용한 옹벽 구축
Allersma et al. Investigation of road widening on soft soils using a small centrifuge
Li et al. Physical modelling and numerical analysis of slope instability subjected to reservoir impoundment of the Three Gorges
CN108828195B (zh) 一种模拟桩端后注浆浆液上返的室内试验方法
CN103590395A (zh) 一种碎石注浆桩施工方法
CN107299650B (zh) 一种远距离沉井排土纠偏方法
Banerjee et al. Experimental and 3-D finite element analyses on geocell-reinforced embankments
CN105887944A (zh) 一种3d打印模型桩及砂雨法试验制作装置及其使用方法
CN207331739U (zh) 一种在役钢筋混凝土挡土墙的加高加固结构
McNamara Influence of heave reducing piles on ground movements around excavations
Choo et al. Seepage behavior of drainage zoning in a concrete faced gravel-fill dam via centrifuge and numerical modeling
CN108344839A (zh) 一种基坑水平封底隔水试验装置及方法
Take Physical modelling of instability and flow in loose granular slopes
CN108205057A (zh) 地下工程截断水循环路径引发城区地层塌陷的模拟试验装置
CN106836182A (zh) 一种振冲导流挤密工艺
Li et al. Investigation of slope stability influenced by change of reservoir water level in three Gorges of China
Beckett et al. Centrifuge modelling of drawdown seepage in tailings storage facilities

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant